基元通量模式分析.doc

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1、基元通量模式分析基元通量模式（ElementaryFluxMode）指在代谢网络中稳定而且不可被分解的反应通量分布状态，其可以根据胞内个代谢反应物估计目的产物的理论上的最大产量，得到胞内各代谢途径的相对通量，并为基因改造提供目标位点[1]。基元通量模式以计量学为基础，通过枚举输入物到达目的产物过程中路径来表示代谢过程。代谢网络模型中包含了跟目的产物的代谢有关的物质的代谢反应途径，通过Matlab程序FluxDesign[1]或FluxAnalyser[2]等计算出各种可能的基元模式。基元模式就是对包含所有相关代谢

2、物质的通量分布进行的表述。各模式间的区别就在于不同代谢物参与的反应通量不同。基元模式以矩阵的形式表达，矩阵各元素代表的是该物质通量分布。然后在通过FluxAnalyser或FluxDesign筛选与目的产物相关的模式，即去除掉目的产物通量为0的基元模式。其流程图大体如下[3]：上图中A是通过枚举报内外代谢物，及其之间的相互反应，得到各代谢物参与各反应方向的矩阵；B代谢通量分析，通过预设算法确定可能的各步反应通量的分布，即部分基元模式；C通量平衡分析，根据具体实验要求中一般都会将一种特定基质作为计算的通用C源，在B

3、得到的基元模式中选择用到上述特定基质，并有目的产物最大通量分布的模式；D代谢途径分析，对于选出的基元模式进行后面的计算。对于上图D中列出的基元模式，通过FluxDesign等软件包计算该模式目标步骤反应（即生成目的产物的一步反应）与其他各反应的通量相关性系数，从而得到调控各步反应的关键酶对生成目的产物的相关性排序。这对菌种代谢途径在基因水平上的调控提供了依据——对相关系数高的酶的调控基因可以进行过量表达；对相关性系数低的酶的调控基因可以进行敲除，来实现目标基元模式的代谢反应通量分布。从而实现通过基元通量模式分析对

4、菌体产物形成进行预测和代谢途径的调控[1],[4]。参考文献：[1]Melzer,G.,Esfandabadi,M.E.,Franco-Lara,E.,&Wittmann,C.FluxDesign:Insilicodesignofcellfactoriesbasedoncorrelationofpathwayfluxestodesiredproperties[J].BmcSystemsBiology,3.doi:10.1186/1752-0509-3-120.[2]KlamtS,StellingJ,GinkelM

5、,GillesED.FluxAnalyzer:Exploringstructure,pathways,andfluxdistributionsinmetabolicnetworksoninteractivefluxmaps[J].Bioinformatics,2003,19(2):261-269.[3]CongT.Trinh&AaronWlaschin&FriedrichSrienc.Elementarymodeanalysis:ausefulmetabolicpathwayanalysistoolforchar

6、acterizingcellularmetabolism[J].ApplMicrobiolBiotechnol(2009)81:813–826[4]蒋达,王永华,李燕等.基元通量模式预测酵母生长现象[J].高等学校化学学报,2006,27(9):1683-1685